Opslag en conversie van energie

Supercondensatoren met hoge energiedichtheid

Supercondensatoren (ook bekend als ultracondensatoren, elektrochemische condensatoren of double-layer-condensatoren) zijn elektrochemische apparaten die lading opslaan en afgeven en daarmee hoge vermogensdichtheden leveren over korte tijdsperiodes. Hun vermogen om elektrische energie efficiënt op te slaan en zeer snel af te geven maakt ze uitermate geschikt voor toepassingen waar de snelle beschikbaarheid van noodstroom en piekvermogen kritisch is.

Met behulp van speciale nanomaterialen hebben onderzoekers van UCLA's California NanoSystems Institute ‘LSG-mangaan condensatoren’ gemaakt die ‘evenveel elektrische lading opslaan als een loodzuur batterij’ en die ‘kunnen worden opgeladen in een paar seconden en een ongeveer zes keer zo grote capaciteit hebben als de huidige in de handel verkrijgbare supercondensatoren’.

> Lees hier meer over LSG-mangaan condensatoren

En de elektrochemische instrumentatie om ze te analyseren

De ontwikkeling van supercondensatoren als deze vereisen stringente elektrochemische analyse. Metrohm Autolab levert de geschikte instrumentatie voor dergelijke analyses.

> Lees meer over elektrochemische analyse met Metrohm Autolab

Anionen en cationen met ionchromatografie

Lithium-ion (Li-ion) batterijen vormen de belangrijkste opslagtechnologie voor draagbare en mobiele toepassingen. Ze blinken niet alleen uit door hun hoge spanningsniveaus in de cel en hun flexibele ontladingstijd, maar ook door hun hoge energiedichtheid per gewichtseenheid. Bij de ontwikkeling en optimalisering van Li-ion batterijen is er veel aandacht voor het gehalte aan ionen, zoals lithium, fluoride en hexafluorfosfaat in het elektrolyt of in de eluaten van verschillende componenten.

Met ionchromatografie is het mogelijk om diverse anorganische en organische anionen en kationen parallel en over een breed concentratiebereik te bepalen. Elke benodigde monstervoorbereidingsstap (elutie, verdunning, filtratie) kan worden geautomatiseerd met de Metrohm Inline Sample Preparation (‘MISP’) technieken. De volgende ionen kunnen worden bepaald:

  • fluoride, hexafluorfosfaat, tetrafluorboraat en lithium in eluaten van afzonderlijke componenten, zoals anoden, kathoden en scheidingsfolies
  • fluoride, hexafluorfosfaat en lithium in elektrolytvloeistoffen

Downloads

Water in Li-ion batterijen

Batterij elektrolyten bestaan uit mengsels van watervrije aprotische oplosmiddelen en lithiumzouten. Lithium-ion batterijen moeten volledig vrij zijn van water (<20 mg/l), omdat het water reageert met het geleidende zout, bijvoorbeeld LiPF6, waarbij waterstoffluoridezuur wordt gevormd.

Het watergehalte in het elektrolyt wordt bepaald met Karl Fischer coulometrie en de ovenmethode. Als alternatief kan handmatige of geautomatiseerde injectie met doseer units worden toegepast. Water kan worden bepaald in alle Li-ion batterij onderdelen, van de gebruikte grondstoffen en elektrolyten tot aan de gecoate anode- en kathodefolies en de elektrode coating preparaten.

> Lees meer over Karl Fischer titratie

Elektrochemische karakterisering van …

… batterijen, elektrode materialen en elektrolyten

Er bestaat tegenwoordig een groot aantal soorten secundaire batterijen. Deze groep omvat bijvoorbeeld het meest gebruikte batterijtype, lood-zuur, maar ook NiCd/NiMH, lithium-ion, metaal-lucht, natrium-zwavel en natrium-nikkel batterijen, naast een aantal technologieën die nog in ontwikkeling zijn. Het totale uitgangsvermogen van de batterijen wordt bepaald door de eigenschappen van de gebruikte elektrolyten en de anode- en kathodematerialen. Elektrochemische methoden zijn geschikt voor:
  • bepalen van stroom/spanning karakteristieken
  • testen van ompoling (laden)van batterijen
  • karakteriseren van verouderingseffecten met elektrochemische impedantie spectroscopie (EIS)
  • opnemen van ontladings- en ladingscycli
  • bepalen van de batterijcapaciteit
  • meten van de elektrolyt weerstand en de ladingsoverdracht weerstand (elektrode reactie)
  • bepalen van het toelaatbare pulsvermogen/hoge-stroom vermogen
Metrohm Autolab instrumenten zijn ideaal voor de karakterisering en ontwikkeling van batterijmaterialen, bijvoorbeeld anode- en kathodematerialen, afscheidingen, elektrolyten en grenslagen alsmede voor de bepaling van Fe (II) en Fe (III) in lithiumijzerfosfaat.

Downloads

… supercondensatoren

De prestatie van een supercondensator wordt bepaald door het meten van de capaciteit (die kan variëren met de toegepaste potentiaal) en de equivalente serieweerstand (ESR). Deze parameters kunnen worden gemeten door het opladen van de supercondensator bij constante stroom en het monitoren van de potentiaalrespons (chronopotentiometrie), door het aanbrengen van een potentiaalpuls en het monitoren van de stroomrespons (chronoamperometrie), of met elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS). Wat u ook wilt meten, Metrohm Autolab heeft er het geschikte instrument voor.

Downloads

… brandstofcellen

Brandstofcellen worden beschouwd als chemische energie opslagsystemen die elektriciteit produceren door oxidatie van waterstof of methaan. Ze leveren een hoger rendement dan verbrandingsmotoren en produceren geen kooldioxide. Brandstofcellen verschillen hierin van batterijen dat ze een continue brandstofbron nodig hebben om de chemische reactie op gang te houden. Zolang als ze van brandstof worden voorzien, leveren de brandstofcellen elektriciteit.

Er zijn verschillende typen brandstofcellen, zoals alkalische- (AFC), polymeer elektrolyt membraan- (PEMFC), directe methanol- (DMFC), fosforzuur- (PAFC), gesmolten-carbonaat- (MCFC) en vast oxide (SOFC) brandstofcellen.

Karakterisering van de brandstofcellen omvat elektrochemische impedantiespectroscopie (EIS), alsmede polarisatiemetingen en vermogensdichtheidcurves van de cel die wijzen op de optimale werkingsomstandigheden.

Downloads

Testimonial

"We have been using the Metrohm instruments for the last ten years ... without any problem."

Prof. S. Basu, Dept. of Chemical Engineering, Indian Institute of Technology, Delhi